Forskere undersøger usædvanlige og ekstremt kortlivede brintarter

Atomkernerne, der findes i naturen, har typisk det samme antal protoner og neutroner, og er stabile - det vil sige, at de forbliver intakte for evigt. Forøg ubalancen mellem antallet af protoner og neutroner, imidlertid, og en atomkerns levetid kan falde bemærkelsesværdigt, nogle gange til at være så kort, at vi spekulerer på, om vi overhovedet skulle kalde systemet "en kerne".

Et team af forskere studerede de meget usædvanlige og ekstremt kortlivede brintarter, der består af en enkelt proton og fire neutroner kendt som ⁵ H ("hydrogen fem"). Deres mål var at lære om systemer af protoner og neutroner, der flyver fra hinanden næsten så snart de dannes, men efterlader ikke desto mindre et synligt spor af deres flygtige eksistens. Det kunne holdet vise ⁵ H overlever i cirka 6x10 ^-23 sekunder (tres billioner af en billioner af et sekund eller 60 "yocto-sekunder"), før to af dets fire neutroner flyver væk og efterlader en mindre radioaktiv kerne af brint kendt som ³ H eller "tritium". Dette interval er nogenlunde det samme som den tid, det tager lys at rejse en afstand, der er omkring fire gange størrelsen af ​​atomkraftværket ⁵ H -system. På trods af sin meget korte eksistens, vi fristes stadig til at ringe ⁵ H en "kerne".

Undersøgelsen gav ny information om, hvordan neutroner kan interagere med hinanden, og foreslog, at arrangementet af neutronerne i ⁵ H ligner meget den for en eksotisk isotop af Helium, ⁶ Han, som består af to protoner og fire neutroner. Fjernelse af en proton fra ⁶ Han gør systemet ustabilt. Egenskaberne ved systemer, der næsten udelukkende består af neutroner, kan føre til en bedre forståelse af, hvordan samlinger af neutroner opfører sig i forskellige miljøer som en enkelt diffus kerne, en kerne, der indeholder nogle partikler, der ikke engang er neutroner eller protoner, eller overfladen af ​​en neutronstjerne.

At lave ⁵ H, forskerne brugte en reaktion, der fjernede en enkelt proton fra energisk ⁶ Han kerner produceret af National Superconducting Cyclotron Facility ved Michigan State University og rejser med 33% af lysets hastighed. Ved at analysere reaktionsprodukterne, holdet kunne ikke kun bestemme levetiden for det resulterende ⁵ H, men også mængden af ​​energi, der frigives, når ⁵ H går i opløsning. I ⁶ Han, sofistikerede beregninger har allerede vist, at de to af de fire neutroner rejser sammen omkring en tæt bundet kerne, der består af to protoner og de to andre neutroner. Disse beregninger kan ikke fuldt ud beskrive et system, der er lige så kortvarigt som ⁵ H, men med nogle tilnærmelser kan begynde at give et billede af dens interne struktur. Det blev konstateret, at når systemet bryder sammen, neutronerne bevarer en hukommelse om, hvordan de var arrangeret i originalen ⁶ Han kerne, og at de to, der flyver væk, kan dukke op sammen i en tilstand, der undertiden kaldes en "di-neutron", der hurtigt skilles i to neutroner. Arbejdet vil hjælpe med at guide udviklingen af ​​teorier, der beskriver neutroninteraktioner og egenskaberne ved meget kortvarige nukleare systemer.